¿Qué es el hierro forjado? Definición | Propiedades materiales (2023)

El hierro forjadoes una aleación de hierro con muy bajo contenido de carbono (menos del 0,08%) con respecto al hierro fundido (2,1% a 4%).La microestructura delhierro forjadomuestrainclusiones de escoriaoscuraen ferrita.Es una variedad blanda, dúctil y fibrosa que se produce a partir de una masa semifundida deglóbulos dehierrorelativamentepuroparcialmente rodeados deescoria.Por lo general, contiene menos del 0,1 por ciento de carbono y 1 o 2 por ciento de escoria.El hierro forjado es magnético, resistente a la corrosión y se suelda fácilmente.Tiene alta elasticidad y resistencia a la tracción.Se puede calentar y recalentar y trabajar en varias formas.El hierro forjado ya no se produce a escala comercial.El equivalente funcional moderno del hierro forjado es el acero dulce, también llamado acero con bajo contenido de carbono.Muchos productos descritos como hierro forjado, como barandillas, muebles de jardín y puertas, en realidad están hechos de acero dulce.Por ejemplo, la Torre Eiffel es una torre de celosía de hierro forjado.

Propiedades del hierro forjado

Las propiedades de los materialessonpropiedadesintensivas, lo que significa que sonindependientes de la cantidadde masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento.La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.).Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada.Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.

Propiedades mecánicas del hierro forjado

Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas.Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.

Resistencia del hierro forjado

En mecánica de materiales, laresistencia de un materiales su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.La resistencia de los materialesbásicamente considera la relación entre lascargas externasaplicadas a un material y ladeformaciónresultanteo cambio en las dimensiones del material.La resistencia de un materiales su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción

La resistencia máxima a la tracción delhierro forjadovaría mucho y se encuentra entre 240 y 350 MPa.

Lamáxima resistencia a la tracciónes la máxima en lacurva deingeniería detensión-deformación.Esto corresponde a latensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a “resistencia a la tracción” o incluso a “máxima”. Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra,temperaturadel entorno de prueba y del material.Las resistencias a la tracciónmáxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Límite de elasticidad

El límite elástico delhierro forjadovaría mucho y se encuentra entre 160 y 220 MPa.

Elpunto de fluenciaes el punto en unacurva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidades la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica).Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada.Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible.Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico.Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Módulo de Young

El módulo de Young del hierro forjadoes 190 GPa.

Elmódulo de Younges el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga.Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio.Todos losátomosse desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa.Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente.Según laley de Hooke,la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente esel módulo de Young.El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.

Dureza del hierro forjado

La dureza Brinell del hierro forjado es de aproximadamente 100 MPa.

En la ciencia de los materiales, ladurezaes la capacidad de resistirla hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y elrayado.La durezaes probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada.La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.

La prueba de dureza Brinelles una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza.En las pruebas Brinell, se fuerza unpenetrador esféricodurobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.La prueba típica utiliza unabola de acero endurecido de10 mm (0,39 pulg.) De diámetro como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf).La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s).Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor;para materiales más duros, unabola de carburo de tungstenose sustituye por la bola de acero.

La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante elnúmero de dureza Brinell–HB.El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno ( wolfram) carburo).En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero.

Elnúmero de dureza Brinell(HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca.El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta.El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell,Knoop,VickersyRockwell).Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable.En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro.

Propiedades térmicas del hierro forjado

Las propiedades térmicasde los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios detemperaturay a la aplicación decalor.A medida que un sólido absorbeenergíaen forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan.Pero losdiferentes materiales reaccionana la aplicación de calor de maneradiferente.

La capacidad calorífica,la expansión térmicayla conductividad térmicason propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión del hierro forjado

El punto de fusión del hierro forjado es de 1540°C.

En general, lafusiónes uncambiodefasede una sustancia de la fase sólida a la líquida.Elpuntodefusiónde una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase.Elpunto de fusióntambién define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Punto de ebullición del hierro forjado

El hierro forjado es una sustancia de múltiples elementos, principalmente hierro, con adiciones de carbono e impurezas. El carbono se encuentra principalmente en forma de carburos de los metales de aleación. Los carburos tendrán temperaturas de ebullición más altas que la matriz metálica. El punto de ebullición del hierro (no del hierro forjado) es de 2860°C, por lo que el punto de ebullición del hierro forjado se acerca a este valor.

En general, la ebullición es un cambiodefase de una sustancia de la fase líquida a la fase gaseosa.Elpunto deebulliciónde una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase (ebullición o vaporización).

Conductividad térmica del hierro forjado

El hierro forjado es una sustancia de múltiples elementos, principalmente hierro, con adiciones de carbono e impurezas. La conductividad térmica del hierro forjado ronda los 60 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamadaconductividad térmica, k (o λ), medida enW/mK.Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material porconducción.Tenga en cuenta quela ley de Fourier seaplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

Laconductividad térmicade la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura.Para los vapores, también depende de la presión.En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribirk = k (T).Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.